C++拷贝函数：const与引用的高效实践

C++中的引用概念

引用是C++中的一种重要特性，它为变量提供了一个别名。引用必须在声明时初始化，且一旦绑定到一个变量后，就不能再绑定到其他变量。引用本质上是指针的语法糖，但在使用上更安全、更直观。

复制代码

int a = 10;
int &ref = a; // ref是a的引用

引用必须在声明时初始化，不能先声明后赋值。引用一旦绑定到一个变量，就无法更改其绑定目标。
引用不占用额外的内存空间，它只是原变量的一个别名。对引用的所有操作都会直接作用于原变量。

int b = 20;
ref = b; // 这是赋值操作，不是更改引用绑定

引用必须在声明时初始化，而指针可以在任何时候初始化。引用不能为空（NULL），而指针可以为空。
引用不能更改绑定目标，而指针可以随时指向不同的对象。引用使用起来更直观，不需要解引用操作符。

int *ptr = &a;
*ptr = 30; // 通过指针修改a的值
ref = 40; // 通过引用修改a的值

引用常用于函数参数传递，可以实现按引用传递的效果，避免大对象的拷贝开销。

复制代码

void swap(int &x, int &y) {
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

函数可以返回引用，但必须确保返回的引用指向的对象在函数返回后仍然有效。通常用于返回类成员或静态变量。

复制代码

int &getMax(int &x, int &y) {
    return x > y ? x : y;
}

常量引用可以绑定到临时对象或不同类型的对象，常用于函数参数以避免不必要的拷贝。

复制代码

void print(const std::string &str) {
    std::cout << str;
}

可以创建对数组的引用，语法稍有不同。

复制代码

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int (&arrRef)[5] = arr;

类成员可以是引用类型，但必须在构造函数的初始化列表中初始化。

复制代码

class MyClass {
public:
    MyClass(int &r) : ref(r) {}
private:
    int &ref;
};

C++11引入了右值引用（&&），用于实现移动语义和完美转发，提高性能。

复制代码

void process(std::string &&str) {
    std::cout << "Processing temporary: " << str;
}

不能创建指向引用的指针，不能创建引用数组，不能创建指向引用的引用。引用必须绑定到具体的对象，不能是NULL或nullptr。

复制代码

// 以下代码都是非法的
int &*p;       // 指向引用的指针
int &arr[5];   // 引用数组
int &&refRef;  // 指向引用的引用（除非是右值引用）

使用const和引用（&）作为拷贝函数的参数是C++中的常见实践，主要基于性能、安全性和语言特性的综合考虑。

传递对象时使用引用（&）可以避免不必要的对象拷贝。如果不使用引用，参数会通过值传递，导致调用拷贝构造函数生成临时对象，增加开销。对于大型对象或频繁调用的场景，这种开销尤为明显。

复制代码

// 低效：值传递触发拷贝构造
void func(MyClass obj);

// 高效：引用传递避免拷贝
void func(const MyClass& obj);

const修饰符确保函数内部不会修改传入的对象，增强代码的安全性和可读性。对于拷贝构造函数或赋值操作符，通常不需要修改源对象，使用const能防止误操作。

复制代码

class MyClass {
public:
    // 使用const &的拷贝构造
    MyClass(const MyClass& other);
};

const引用允许绑定到临时对象（右值），而普通引用（非const）无法直接绑定。这使得函数能接受更多类型的参数，包括表达式结果或函数返回值。

复制代码

MyClass createObject();
MyClass obj(createObject()); // 临时对象可绑定到const &

C++标准库中的容器和算法普遍使用const &作为参数传递方式。遵循这一惯例可以确保自定义类型与标准库的无缝协作，例如在std::vector或std::sort中的使用。

如果函数需要修改传入的对象，则不应使用const。但这种情况通常不适用于拷贝构造函数或赋值操作符，而是其他类型的成员函数。

复制代码

// 需要修改参数时使用非const引用
void modifyObject(MyClass& obj);

通过结合const和引用，C++代码能在保证安全性的同时最大化性能，这是拷贝函数参数设计的核心原则。